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Polymères à l'état solide

Polymères à l'état solide. PLAN GENERAL. Introduction générale État vitreux État cristallin État caoutchoutique. Élastomères. 4. État caoutchoutique. Élastomères. Introduction 4.1. Elastomères 4.2. Effet thermoélastique. Introduction. Nature de l'état caoutchoutique.

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Presentation Transcript

  1. Polymères à l'état solide Etat solide

  2. PLAN GENERAL • Introduction générale • État vitreux • État cristallin • État caoutchoutique. Élastomères Etat solide

  3. 4. État caoutchoutique. Élastomères Introduction 4.1. Elastomères 4.2. Effet thermoélastique 4. Etat caoutchoutique

  4. Introduction • Nature de l'état caoutchoutique Particularité des substances macromoléculaires mobilité locale du liquide État caoutchoutique absence d'écoulement enchevêtrements 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  5. T T • Situation de l'état caoutchoutique sur l'axe de température Polymère amorphe non réticulé liquide vrai verre état caoutchoutique Tg zone d'écoulement Polymère amorphe réticulé verre état caoutchoutique xxxx Tg dégradation 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  6. T Polymère semicristallin cristal + verre cristal + caoutchouc caoutchouc liquide Tg Tf zone d'écoulement 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  7. Rappels sur l'élasticité Solide élastique : * déformation totalement réversible * stockage / restitution d'énergie élastique 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  8. E  Solide élastique : * contrainte proportionnelle à la déformation  loi de Hooke :  = E  Module d'Young Dimensions / unités :  = l/l0  E   = Pa (SI) 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  9.      Solides élastiques : tous les solides dans une gamme de déformation plus ou moins étendue entre 0 et une limite = limite élastique ou seuil de plasticité inférieure au % pour métaux et céramiques facteur 3 à 10 pour élastomères domaine élastique 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  10. C C C Origine de la force de rappel • Élasticité enthalpique • Allongement des liaisons • Augmentation de l'angle des liaisons  Limite élastique très faible 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  11. 4. Etat caoutchoutique. Introduction

  12.  S (entropie)   S S élongation • Élasticité entropique allongement des chaînes Limite élastique : très importante

  13. 4. État caoutchoutique. Élastomères Introduction 4.1. Elastomères 4.2. Effet thermoélastique 4. Etat caoutchoutique

  14. 4.1. Elastomères • Importance des matériaux élastomères. Exemples. • pneumatiques • joints • chambres à air • lentilles de contact • durites • gants, préservatifs • tendeurs, "élastiques" • ustensiles de cuisine (silicone) • fibres textiles 4.1. Elastomères

  15. 1. Polymère amorphe ( faible) (pelotes) • Conditions pour qu'un polymère soit un élastomère 2. Tg < température d'utilisation 3. Polymère réticulé (légèrement) 4.1. Elastomères

  16. 4.1. Elastomères

  17. Élastomères classiques • polyisoprène 1,4 cis (caoutchouc naturel, hévéa) • chaîne flexible  faible Tf = 35°C bon élastomère • polyisoprène 1,4 trans (Gutta percha) • chaîne plus rigide  plus élevé Tf = 75°C • mauvais élastomère Remarque : cristallisation sous contrainte 4.1. Elastomères

  18. Hevea brasiliensis (Euphorbiacée) 4.1. Elastomères

  19. Palaquium gutta (Sapotacée) 4.1. Elastomères

  20. Réticulation par le soufre (vulcanisation) 0,5 à 5% 120 - 180 °C réaction catalysée 4.1. Elastomères

  21. Réticulation par amorceur radicalaire (peroxydes) 4.1. Elastomères

  22. Remarque Charges dans les élastomères : ex. noir de carbone augmente module, résistance mécanique, résistance à l'abrasion 4.1. Elastomères

  23. Élastomères thermoplastiques Exemple : polyuréthanes 4.1. Elastomères

  24. 4.1. Elastomères

  25. Exemple : copolymère triblocs 4.1. Elastomères

  26. 4. État caoutchoutique. Élastomères Introduction 4.1. Elastomères 4.2. Effet thermoélastique 4. Etat caoutchoutique

  27. 4.2. Effet thermoélastique 4.2. Effet thermoélastique

  28. Justification thermodynamique : E = énergie interne Allongement réversible : dE = TdS - PdV + FdL Enthalpie libre G = H - TS et H = E + PV dG = dE + PdV + VdP - TdS - SdT dG = FdL + VdP - SdT dE = dQ + dW 4.2. Effet thermoélastique

  29. dG = différentielle totale exacte  ordre de dérivation sans importance Relation de Maxwell d'où 4.2. Effet thermoélastique

  30.  = L/L0 4.2. Effet thermoélastique

  31. pour  < 1,1 ( = L/L0) pour  > 1,1 4.2. Effet thermoélastique

  32. T S  L Pour déformations au-delà du seuil (point d'inversion thermoélastique) dS et dL de signe contraire donc L  S (allongement des chaînes) et réciproquement : 4.2. Effet thermoélastique

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